研究人員用x射線雷射轟擊微小的水射流，以在水下產生最大可能的聲音。（圖片來源：Claudiu Stan/Rutgers University Newark）
由史丹福大學和SLAC國家加速器實驗室的科學家Gabriel Blaj領導的研究小組，已經製造出了可能是最大的水下聲音。利用SLAC的直線加速器相干光源（LCLS）x射線雷射器，研究人員噴射出微小的水射流，產生了令人難以置信的超過270分貝的聲壓。
這很大聲，真的很大聲，搖滾音樂也同樣大聲，那么聲音究竟要多大才會是真的太大聲呢？令人驚訝的是，噪音的強度確實存在一個上限。
許多上過科學課的人都聽說過分貝，它是聲音響度的衡量標準。在這個尺度的下限，是人們的聽覺極限——比如10英尺外的蚊子的嗡嗡聲。55分貝是我們正常對話的音量，鬧鐘的聲音能達到80分貝，鏈鋸則是100分貝，噴氣式飛機在100米（330英尺）外起飛時發出的痛苦的聲音能達到130分貝。搖滾音樂會的音量可以達到150分貝（你還以為我們在開玩笑呢）。
這就類似於熱度。絕對零度是理論上的最低溫度，因為一旦你把一個物體的所有能量抽走，分子就會停止運動，溫度就再也沒有下降的空間了。溫度也有一個理論上的上限。你可以把物體加熱到幾億度，但在某一時刻，過熱的電漿中有太多的能量，原子就會分解。加入更多的能量，就會產生更多的亞原子粒子。
聲音也是如此，它是一種壓力波。在零分貝時，沒有壓力波，但在最大的極限值處，聲音傳播的介質會開始分解，所以聲音就不能再大了。
當研究人員用x射線雷射轟擊水的微射流（直徑在14到30微米之間）時，就發生了這種情況。當短x射線脈衝擊中水流時，水會蒸發並產生衝擊波。然後，這個衝擊波穿過射流，形成由高低氣壓區交替組成的“衝擊波序列”。換句話說，是非常大的水下聲音。
研究團隊發現，一旦這種聲音的強度超過一定的閾值，水就會分解，變成充滿蒸汽的小泡沫，在一個成為空化的過程中立即破裂。這種現象也會出現在高速螺旋槳上，或者當一隻螳螂決定變得兇猛的時候。這也意味著，由於x射線產生的聲波的壓力剛好低於分解的閾值，所以它的聲音和水下聲音一樣大。
研究小組認為，這一發現不僅僅是學術上的價值。通過更好地了解這些衝擊波序列的工作原理，或許可以找到保護在水射流內部進行原子尺度分析的微型樣本不受損害的方法，這對於開發更好的藥物和材料有很大的幫助。
作者：李彤馨/編譯
